金属泡沫平板结构内对流换热的数值研究

基于Brinkman-Darcy模型和两方程模型,本文对流体在金属泡沫平板通道内的强制对流换热进行了自编程数值模拟,采用体积平均法对流体在金属泡沫内的流动和换热进行宏观处理。模拟结果表明：流体主流速度随孔密度增大而减小,随孔隙率增大而增大;流体相和固体相之间的局部对流换热系数随孔隙率和孔密度增加而增加,金属泡沫对流换热性能随孔隙率增大而减小,随孔密度增大而增大。金属泡沫强化换热的效果十分明显,可以应用于需要强化换热的紧凑式换热器和散热器。     

汽-汽再热器内流动与换热特性数值研究

为了揭示汽-汽再热器的换热特性,本文首次通过三维数值模拟的方法对汽-汽再热器内的流动、换热及熵产特性进行了研究。结果显示,当高温蒸汽流速较小时,高温蒸汽侧进口处的温度梯度较大,而低温蒸汽侧出口处的温度变化不明显;随着高温蒸汽流速增大,高温蒸汽沿流程的温度梯度逐渐减小,低温蒸汽出口平均温度逐渐增大,同时换热器内局部熵产值逐渐增大;随着管壳式换热器隔板数的增加,低温蒸汽出口平均温度逐渐增大,但增幅逐渐减小。     

竖直矩形细通道内水沸腾换热的数值模拟

对宽度为1和O.1 mm竖直矩形细通道内的沸腾换热展开研究,通过数值模拟的方法探索汽泡生成、长大和脱离的过程;用几何重构和界面追踪的方法获取相界面移动和变化对系统内压差以及平均表面换热系数的影响,计算中考虑了重力、表面张力和壁面黏性的作用.发现:通道宽度的不同对汽泡生长方式和汽泡形态产生很大影响,并由此导致临界热流密度...     

管内插入网状肋强化换热的数值研究

采用三维数值模拟方法研究了网状肋用于圆形通道的流动换热特征,分析了雷诺数Re、肋的形状、肋的网格间距、肋的直径以及流体与固体的导热系数比kf/ks对通道平均阻力系数和换热性能的影响,并引入换热性能评价指标PEC对2种网状肋进行了比较.结果表明:管内插入网状肋对流动阻力系数和换热性能有很大影响;方形肋的换热效果比圆形肋好,但其阻力较大;随着Re的减小,2种肋的降温效果均增强;肋的网格间距越小,则换热效果越好但阻力越大;随着肋直径的增大和流体与固体导热系数比kf/ks的减小,换热效果增强.     

丁胞型强化换热管内突起结构对流传热及阻力的数值模拟

采用SIMPLE算法求解RNG k-ε方程,分析丁胞强化换热管管内流动传热情况,研究管内侧突起结构对于单相气体流动过程的强化传热性能和压力损失,并和文献中的实验值进行对比.结果表明,丁胞管管内突起虽会使突起左右两侧局部换热系数减小,但总体上是增强了换热性能,且随着Re的增加强化换热效果更明显.同时也因形阻力增大了流动阻力.     

管内填充多孔介质强化换热的数值研究

管内填充多孔介质强化换热的基本原理是构造热边界层,增大壁面附近流体的温度梯度,并且流动阻力增幅不大。本文运用数值模拟的方法,模拟填充多孔介质管内的流场和温度场,探讨填充比例φ、渗透率Da以及空隙率ε对管内对流换热的影响规律。研究表明,提高填充比例φ和减小渗透率Da都能明显提高换热效果,但也增加了管内流动阻力。空隙率ε对强化换热作用不大,但高空隙率可以明显降低管内流动阻力,在实际中应选用空隙率较大的多孔介质。     

两种波纹通道内周期性充分发展对流换热的数值研究

应用数值方法研究了流体在正弦型和三角型两种波纹通道内周期性充分发展的层流流动与换热特性,分析了恒壁温条件下,雷诺数Re对流动与换热性能的影响,并对两种通道的摩擦阻力系数厂与努谢尔特数Nu分别进行了比较。结果表明：两种通道流动阻力的相对大小因雷诺数Re的大小而异;正弦型波纹通道的换热速率比三角型通道的换热速率大,因此换热器通道表面的选择应综合考虑。     

填充床内对流换热的数值研究

为研究空气流入高温填充床时小球直径和空气流速变化对填充床内对流换热和压力损失等的影响,利用孔隙尺度介观方法对顺序排列多孔介质小球的三维填充床进行数值计算,数值计算与实验结果吻合较好。结果表明:填充床内固相和气相间存在热的非平衡性;当小球直径从2.8增大到5.6 mm时,在最高温度上游对流换热强度减小,在最高温度下游对流换热强度增大,同时,压力损失和最大无量纲速度减小;气体流速增大时,填充床内产生湍流运动。     

套管式相变储热单元强化换热数值研究

建立套管式相变储热单元的二维模型,采用ANSYS FLUENT软件模拟分析了换热流体(HTF)侧Re和填充系数λ对储热单元传热性能的影响,采用有效储能比Est来表征相变储能单元的有效储能容量,在此基础上研究HTF侧增强传热对套管式相变潜热储能系统性能的影响.研究结果表明:随着Re从250增加至1 000,熔化时间从22...     

工业供热中汽汽再热器换热强化数值研究

为了强化工业供热中的汽汽换热,通过CFD技术对不同类型换热管的流动及换热特性进行了研究。结果显示：光滑壁面时管壁两侧的高、低温蒸汽的温度梯度沿着流向逐渐变化,对流换热逐渐增强;相比于光滑管,采用内波节管和内螺纹波节管时,高温蒸汽侧的温度梯度增大,而低温蒸汽侧的壁面温度梯度明显增大;采用壁面异型结构能够改变管壁内温度梯度,采用内螺纹波节管尤甚。采用内波节管和内螺纹波节管的平均Nu相比于光滑管显著提高,最大值分别提高了26%和30%。     

扭曲椭圆管换热器壳程强化传热的数值研究

基于扭曲椭圆管的换热器是一种新型的新风系统换热器,针对扭曲椭圆管及其应用特点,设计了两种不同结构参数的新风系统换热器。应用FLUENT软件,在夏季工况下对两种不同结构参数的新风系统换热器壳程进行模拟分析,并通过与实验数据的对比,验证计算模型的可靠性。结果显示在相同体积流量下,随着壳程开孔面积的增大,对流换热系数h不断减小,压降Δp不断减小,综合性能系数h/Δp1/3变化不明显;随着螺距的减小,对流换热系数h不断增大,压降Δp不断增大,综合性能系数h/Δp1/3也不断增大;流场分析显示,扭曲椭圆管换热器壳程流道内,呈现出明显沿着扭曲椭圆管壁面的螺旋流,使得空气在流道内充分扰动,增强换热效果。     

三叶膨胀管换热器壳程强化传热的数值研究

三叶膨胀管是一种新型强化传热管,针对纵向流换热器特点,设计了三种不同管束结构参数的三叶膨胀管自支撑纵向流换热器。应用FLUENT软件及Realizable k-ε湍流模型,对三种不同结构参数的三叶膨胀管换热器壳程强化传热特性展开了数值模拟,并通过与实验数据的对比,验证了计算模型的可靠性。计算了不同壳程介质流速下,三叶膨胀管换热器壳程的换热系数与压降值,并获得了壳程流体流线以及相应的温度场、速度场和二次流分布图。结果发现,在壳程水流速一致的情况下,管束横向间距越大的三叶膨胀管换热器,壳程拥有更高的综合换热性能和更低的压降值,但相应地,换热系数也更低。流场分析显示,壳程流体流线呈现出三维纵向旋流形态,二次流的出现改变了速度场和温度场分布,二次流的强度随着管束横向间距的减小而增大。     

通道中串列倒转柔性体的运动与传热

为研究柔性结构运动对通道换热性能的影响,采用任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian, ALE)法,对通道中串列布置的倒转柔性体进行数值模拟。研究不同长宽比的柔性体在抗弯刚度系数相同时的拍动状态、流场特性以及对通道换热性能的影响。结果表明：随抗弯刚度系数变化柔性体存在稳定模式、大幅度拍动模式和偏转拍动模式3种运动模式;随抗弯刚度系数减小,小长宽比柔性体的拍动状态变化具有滞后性;大长宽比柔性体在净换热量提升上更有优势,在合理的机械能损失范围内拥有更高的热效率系数,相较小长宽比通道,平均净换热量提高了3.87倍,最高热效率系数可达1.3;在实际工程应用中,应采用大长宽比并处于大幅度拍动模式下才能有效提升通道内传热性能。     

小尺度涡流发生器强化传热特性及机理

对布置有不同高度的小尺度涡流发生器的矩形槽道进行了数值模拟,对其传热和流动特性进行了对比研究。分析了小尺度涡流发生器强化传热的特点和机理。从流体流动对温度场影响的角度来说明对流换热的物理机制。     

换热管内转子强化换热的数值模拟

本文概述了转子组合式强化传热装置的强化传热和自清洁原理。分别通过建立光管及内置多个转子换热管的三维流动模型,对换热管内流场、温度场、压力场以及换热过程进行了模拟,得到了管内流体的流动特性和传热特性。对比模拟结果表明,内置转子换热管管内的三维流动比较复杂,转子与管壁之间缝隙内的流体有着明显的环绕流动,切向速度和径向速度也增大到一定范围,转子旋转半径内的流体整体呈螺旋流动。总的来说,内置转子的换热管内较光管有较强的湍流度,尤其是近壁区域,因此强化了管内的对流换热,传热系数显著提高,从而验证了转子具有强化传热和自清洁的双重功能。     

Helmholtz共振腔强化换热的试验研究

为研究脉动流体对强化换热的影响，设计Helmholtz共振腔并分别在加装和不加装共振腔的情况下进行对比试验，发现水流经共振腔后变成了脉动流体，脉动的水经过单管换热器后强化了换热，在一定的共振腔参数的配合下，换热系数提高约10％～40％。     

有扰流片的矩形通道内空气流动和传热过程的数值模拟

以高温透叶片尾部区内部冷却为应用背景，对带顺排、错排扰流片肋的通道内空气流动和传热过程进行了数值模拟。计算结果表明，在相同雷诺数下，错排扰流片的阻力系数比针肋和顺排绕流片的阻力因子均增大约2%，而冷却能力分别增大约50%和9%。     

恒壁温下管内流体脉动流动对流换热的数值模拟

利用FLUENT软件,在流体进口速度发生周期性变化的情况下,对圆管内层流的流体流动与换热情况进行了数值模拟,分析了无因次脉动幅值、频率对对流换热系数、摩擦系数以及流场的影响,结果表明脉动流体会强化或弱化换热效果,阻力比无脉动时大,并且在流场中有与主流区流动方向相反的流动现象。     

膜片管通道流动与换热过程的数值模拟

采用SIMPLE算法模拟膜片管通道中的流动与换热,分析流场中出现的非线性现象以及不同管束排列方式对换热的影响。物理模型长度为185. 6 mm,高度为92. 8 mm,圆管直径为32 mm。烟气入口温度为400 K,上下两侧固体壁面温度为300 K。假设流动与换热进入充分发展阶段,雷诺数(Re)的取值范围是3 000～25 000,通入不同流速的烟气与两侧的壁面进行换热。结果表明:采用雷诺应力模型(RSM)所得的努塞尔数(Nu)与实验关联式结果最吻合,而且相对误差在5%～17%间;采用直接模拟(DNS)模拟时,稳态到非稳态的临界Re是100;在同一Re时,随着管间距减小,Nu是逐渐增加的,当Re取为25 000,管束水平间距和竖直间距均取为43. 2 mm时,通道换热能力达到最大且相应的Nu是195. 23。